JPH0636674B2 - 超音波モ−タ - Google Patents
超音波モ−タInfo
- Publication number
- JPH0636674B2 JPH0636674B2 JP60120012A JP12001285A JPH0636674B2 JP H0636674 B2 JPH0636674 B2 JP H0636674B2 JP 60120012 A JP60120012 A JP 60120012A JP 12001285 A JP12001285 A JP 12001285A JP H0636674 B2 JPH0636674 B2 JP H0636674B2
- Authority
- JP
- Japan
- Prior art keywords
- stator
- piezoelectric vibrator
- vibration
- electrodes
- ultrasonic motor
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Expired - Lifetime
Links
Classifications
-
- H—ELECTRICITY
- H02—GENERATION; CONVERSION OR DISTRIBUTION OF ELECTRIC POWER
- H02N—ELECTRIC MACHINES NOT OTHERWISE PROVIDED FOR
- H02N2/00—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction
- H02N2/10—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors
- H02N2/16—Electric machines in general using piezoelectric effect, electrostriction or magnetostriction producing rotary motion, e.g. rotary motors using travelling waves, i.e. Rayleigh surface waves
- H02N2/166—Motors with disc stator
Landscapes
- General Electrical Machinery Utilizing Piezoelectricity, Electrostriction Or Magnetostriction (AREA)
Description
【発明の詳細な説明】 産業上の利用分野 本発明は、圧電体等の電気−機械変換振動子を用いて駆
動力を発生するモータに関する。
動力を発生するモータに関する。
従来の技術 従来のこの種の圧電体等の電気−機械変換振動子を用い
たモータは、例えば特開公59-39801号公報に示されてい
るように、第４図のような構成になっていた。すなわ
ち、２つの円形の圧電振動子１，２と円形の弾性体３と
を厚み方向に重ねて構成したステータと、そのステータ
に面接触する円形のモータを備え、前記ステータ表面に
は振動エネルギーを作用させるためのリング状の突起３
ａを有しており、圧電体振動子１，２に互いに位相のず
れた電気信号を印加することにより回転力を得るように
なっている。
たモータは、例えば特開公59-39801号公報に示されてい
るように、第４図のような構成になっていた。すなわ
ち、２つの円形の圧電振動子１，２と円形の弾性体３と
を厚み方向に重ねて構成したステータと、そのステータ
に面接触する円形のモータを備え、前記ステータ表面に
は振動エネルギーを作用させるためのリング状の突起３
ａを有しており、圧電体振動子１，２に互いに位相のず
れた電気信号を印加することにより回転力を得るように
なっている。
発明が解決しようとする問題点 しかし、このような構造のものでは所定のドライブ周波
数の電気信号を印加して機械振動を励起すると、ステー
タが発熱して、モータ効率が悪いという問題があった。
これは下記の理由による。
数の電気信号を印加して機械振動を励起すると、ステー
タが発熱して、モータ効率が悪いという問題があった。
これは下記の理由による。
円板形のステータに励振する高次の撓み振動モードの振
動変位は、径方向に見ると変位がＯになる節円を境界と
して、それより内側と外側では変位の位相が反転してい
る。従って、従来例のように、振動の位相関係を考慮す
ることなく、同一半径を有する円板形状の弾性体３と２
つの円板形状の圧電振動子１と２を同心円状に貼合わす
と、圧電振動子１、２がそれぞれ撓み振動の節円より外
側にはみでる。そして、この節円より外側にはみでた部
分の圧電振動子１、２の電極は、節円より内側の部分の
圧電振動子の電極が励振しようとする振動とは逆位相の
振動をドライブすることになる。つまり、圧電振動子の
２５％程度にあたる領域が、有効な振動に対して逆方向
の無効なドライブを行なうことになって、このために不
要な振動の発生、及びロスによる発熱や、効率の低下を
生じた。
動変位は、径方向に見ると変位がＯになる節円を境界と
して、それより内側と外側では変位の位相が反転してい
る。従って、従来例のように、振動の位相関係を考慮す
ることなく、同一半径を有する円板形状の弾性体３と２
つの円板形状の圧電振動子１と２を同心円状に貼合わす
と、圧電振動子１、２がそれぞれ撓み振動の節円より外
側にはみでる。そして、この節円より外側にはみでた部
分の圧電振動子１、２の電極は、節円より内側の部分の
圧電振動子の電極が励振しようとする振動とは逆位相の
振動をドライブすることになる。つまり、圧電振動子の
２５％程度にあたる領域が、有効な振動に対して逆方向
の無効なドライブを行なうことになって、このために不
要な振動の発生、及びロスによる発熱や、効率の低下を
生じた。
そこで本発明は、無効な超音波振動を励起することな
く、発熱を防いで、モータ効率の向上をはかろうとする
ものである。
く、発熱を防いで、モータ効率の向上をはかろうとする
ものである。
問題点を解決するための手段 ステータを構成する圧電振動子に形成する電極を、周方
向に分割するとともに、ステータに励振する高次の撓み
振動の節円を境界として内側と外側の領域に分割し、節
円内と節円外の相対応する電極領域の分極方向が圧電振
動子の厚み方向に互いに反対方向であるように分極した
圧電振動子を弾性体に貼合わせてステータを構成する。
向に分割するとともに、ステータに励振する高次の撓み
振動の節円を境界として内側と外側の領域に分割し、節
円内と節円外の相対応する電極領域の分極方向が圧電振
動子の厚み方向に互いに反対方向であるように分極した
圧電振動子を弾性体に貼合わせてステータを構成する。
作 用 本構成では、ステータを構成する圧電振動子に形成する
電極を、周方向に分割するとともに、ステータに励振す
る高次の撓み振動の節円を境界として内側と外側の領域
に分割し、節円内と節円外の相対応する電極領域の分極
方向が圧電振動子の厚み方向に互いに反対方向であるよ
うに分極している。この結果、圧電振動子の全域の電極
がステータの高次の撓み振動を励振するのに寄与するの
で、つまりこれまでの全入力信号の内の約２５％を占め
る、逆位相により相殺されて消費されたエネルギーが有
効に寄与して順方向の振動成分となるので従来例に比べ
てほぼ半分程度以下の電気入力で、同程度の機械出力を
得ることが可能となり、数倍程度の効率アップを行なえ
る。
電極を、周方向に分割するとともに、ステータに励振す
る高次の撓み振動の節円を境界として内側と外側の領域
に分割し、節円内と節円外の相対応する電極領域の分極
方向が圧電振動子の厚み方向に互いに反対方向であるよ
うに分極している。この結果、圧電振動子の全域の電極
がステータの高次の撓み振動を励振するのに寄与するの
で、つまりこれまでの全入力信号の内の約２５％を占め
る、逆位相により相殺されて消費されたエネルギーが有
効に寄与して順方向の振動成分となるので従来例に比べ
てほぼ半分程度以下の電気入力で、同程度の機械出力を
得ることが可能となり、数倍程度の効率アップを行なえ
る。
実施例 以下、本発明の実施例を添付図面にもとづいて説明す
る。
る。
超音波モータのステータは例えば第１図に示すような構
造を有する。第１図ではステータに周方向に４つの波を
持つ高次の撓み振動を励振する場合を説明する。円板形
状の第１圧電振動子１の表面には、周方向に４つの波を
励振するために周方向に４５゜（半波長）毎の領域に分
割された８個の電極１ａと同様に８個の電極１ｂが形成
されている。そして、この電力１ａはステータに励振す
る撓み振動の節円の内部のみ、電極１ｂは撓み振動の節
円の外部のみに形成されている。圧電振動子２の電極も
同様に形成されており、これら電極は銀等の導電材料を
用いて形成されている。圧電振動子１および２の裏面は
全面べた電極となっている。以上のように構成された第
１圧電振動子１の相隣合う電極毎に、板厚方向に分極方
向が互いに異なるようにして分極を行なう。この結果第
１図において示すように互い違いにプラス極性あるいは
マイナス極性を有する領域からなる８極４組（１極は半
波長領域に対応し、１組は周方向の１つの波に対応す
る。従って８極４組は周方向に４つの波があることに対
応する。）の振動子が構成される。電極１ａ及び１ｂ
は、分極後は分割されている必要はなく、一括して電圧
を印加できるように接続される。円板形状の第２圧電振
動子２も第１圧電振動子１と同様の構造であり、互い違
いにプラス極性あるいはマイナス極性を有する８極４組
の振動子が構成されている。
造を有する。第１図ではステータに周方向に４つの波を
持つ高次の撓み振動を励振する場合を説明する。円板形
状の第１圧電振動子１の表面には、周方向に４つの波を
励振するために周方向に４５゜（半波長）毎の領域に分
割された８個の電極１ａと同様に８個の電極１ｂが形成
されている。そして、この電力１ａはステータに励振す
る撓み振動の節円の内部のみ、電極１ｂは撓み振動の節
円の外部のみに形成されている。圧電振動子２の電極も
同様に形成されており、これら電極は銀等の導電材料を
用いて形成されている。圧電振動子１および２の裏面は
全面べた電極となっている。以上のように構成された第
１圧電振動子１の相隣合う電極毎に、板厚方向に分極方
向が互いに異なるようにして分極を行なう。この結果第
１図において示すように互い違いにプラス極性あるいは
マイナス極性を有する領域からなる８極４組（１極は半
波長領域に対応し、１組は周方向の１つの波に対応す
る。従って８極４組は周方向に４つの波があることに対
応する。）の振動子が構成される。電極１ａ及び１ｂ
は、分極後は分割されている必要はなく、一括して電圧
を印加できるように接続される。円板形状の第２圧電振
動子２も第１圧電振動子１と同様の構造であり、互い違
いにプラス極性あるいはマイナス極性を有する８極４組
の振動子が構成されている。
前記第１圧電振動子１あるいは第２圧電振動子２によっ
てステータに励振される撓み振動の振幅の最小振幅位置
は、各々相隣合う電極どうしの境界位置近傍となり、最
大振幅位置は各々の電極の中央近傍位置となる。そし
て、両圧電振動子１，２は、第１圧電振動子１の最大振
幅位置となる電極中央近傍に、第２圧電振動子２の最小
振幅位置となる相隣合う電極どうしの境界が位置するよ
う重ね合わされている。
てステータに励振される撓み振動の振幅の最小振幅位置
は、各々相隣合う電極どうしの境界位置近傍となり、最
大振幅位置は各々の電極の中央近傍位置となる。そし
て、両圧電振動子１，２は、第１圧電振動子１の最大振
幅位置となる電極中央近傍に、第２圧電振動子２の最小
振幅位置となる相隣合う電極どうしの境界が位置するよ
う重ね合わされている。
以上のように構成された第１圧電振動子１及び第２圧電
振動子２は、圧電振動子と同等ないし１００倍程度の厚
みを有する弾性体３に重ね合わせて取付けられる。この
弾性体３は、アルミニウム，黄銅，ステンレス等の金属
を用いて形成されている。また前記ステータとなる弾性
体３の表面には、例えば直径の約1/2程度となる位置近
傍に振動伝達部材である突起３ａ、中心に軸５が形成さ
れている。
振動子２は、圧電振動子と同等ないし１００倍程度の厚
みを有する弾性体３に重ね合わせて取付けられる。この
弾性体３は、アルミニウム，黄銅，ステンレス等の金属
を用いて形成されている。また前記ステータとなる弾性
体３の表面には、例えば直径の約1/2程度となる位置近
傍に振動伝達部材である突起３ａ、中心に軸５が形成さ
れている。
また第１圧電振動子１及び第２圧電振動子２の径方向の
電極配置は、前記ステータに励振する高次の撓み振動の
節円を境界として、例えばステータの直径（例えば４０
mm）に対して約５／６の位置となる節円位置（例えば３
３mm）を境界として、その内側と外側に分割されてい
る。つまり、第１図に示すように圧電振動子１、２の電
極は、ステータに励振する撓み振動の周方向の波の数に
対応して周方向に分割されるとともに、節円を境界とし
て径方向に分割されている。そして、同図中に正負の符
号に対応するように、裏面のべた電極を共通電極として
厚み方向に分極されている。
電極配置は、前記ステータに励振する高次の撓み振動の
節円を境界として、例えばステータの直径（例えば４０
mm）に対して約５／６の位置となる節円位置（例えば３
３mm）を境界として、その内側と外側に分割されてい
る。つまり、第１図に示すように圧電振動子１、２の電
極は、ステータに励振する撓み振動の周方向の波の数に
対応して周方向に分割されるとともに、節円を境界とし
て径方向に分割されている。そして、同図中に正負の符
号に対応するように、裏面のべた電極を共通電極として
厚み方向に分極されている。
以上のように構成したものを第２図において示すステー
タ６として用いる。第２図に示すように、ステータ６に
より定まる駆動用波数にて発振器７により発振された出
力信号を分岐し、一方を直接増幅器８に、他方を位相器
９を介して増幅器１０に入力する。前記位相器９では正
方向回転あるいは逆方向回転に使用する±１０゜ないし
±170゜の範囲で位相シフトした信号がつくられる。前
記発振器７の出力信号を直接増幅器８に入力して増幅し
た信号をリード線１１及び１２により第１圧電振動子１
に印加する。それによりステータ６には、第１圧電振動
子１の分極方向が互いに異なるプラス極性あるいはマイ
ナス極性を有する領域の一対を１波長として周方向に８
極、４組の振動子に対応する４波長の励振波が発生され
る。第２圧電振動子２も増幅器１０の出力をリード線１
２，１３を介して印加することにより同様に駆動され
る。
タ６として用いる。第２図に示すように、ステータ６に
より定まる駆動用波数にて発振器７により発振された出
力信号を分岐し、一方を直接増幅器８に、他方を位相器
９を介して増幅器１０に入力する。前記位相器９では正
方向回転あるいは逆方向回転に使用する±１０゜ないし
±170゜の範囲で位相シフトした信号がつくられる。前
記発振器７の出力信号を直接増幅器８に入力して増幅し
た信号をリード線１１及び１２により第１圧電振動子１
に印加する。それによりステータ６には、第１圧電振動
子１の分極方向が互いに異なるプラス極性あるいはマイ
ナス極性を有する領域の一対を１波長として周方向に８
極、４組の振動子に対応する４波長の励振波が発生され
る。第２圧電振動子２も増幅器１０の出力をリード線１
２，１３を介して印加することにより同様に駆動され
る。
上述のようにステータ６を駆動すると、ステータ６にお
けるロータ４に面する側の振動の頂点がロータ４に接触
し、しかもその頂点が時間とともに移動するため、ロー
タ４には横方向成分を有する力が加えられることにな
る。かくしてロータ４は、ステータ６により定まる駆動
周波数により横方向成分による位相移動を繰り返す結
果、ほぼ１分間に数回転ないし数千回転程度の範囲での
回転運動を得ることができる。このさいのステータとロ
ータの接触位置は、ステータ６のたわみ振動の頂点付近
近傍となる。第３図に本発明によるステータ６に電気信
号を印加した駆動時のたて方向の歪を、仮想像にて示す
ステータ６′の断面方向に対する変化として測定した結
果を示す。５０Ｖ印加時、振動伝達部材である突起４近
傍において１．８μｍ程度の最大振幅を示した。振幅の
位相折り返し点いわゆる振動の節（節円）は、直径を１
００％とすると、８０〜９０％の位置となりほぼ直線的
に変化しており終端は２．５μｍの振幅となった。これ
らのことからステータ６は、円板の２次のモードの変形
次数が４次の、高次振動モードにより励振されているの
がわかる。また前記振動の節円近傍から電気信号印加用
リード線１１，１２，１３をとりだすと振動疲労による
断線が皆無となった。
けるロータ４に面する側の振動の頂点がロータ４に接触
し、しかもその頂点が時間とともに移動するため、ロー
タ４には横方向成分を有する力が加えられることにな
る。かくしてロータ４は、ステータ６により定まる駆動
周波数により横方向成分による位相移動を繰り返す結
果、ほぼ１分間に数回転ないし数千回転程度の範囲での
回転運動を得ることができる。このさいのステータとロ
ータの接触位置は、ステータ６のたわみ振動の頂点付近
近傍となる。第３図に本発明によるステータ６に電気信
号を印加した駆動時のたて方向の歪を、仮想像にて示す
ステータ６′の断面方向に対する変化として測定した結
果を示す。５０Ｖ印加時、振動伝達部材である突起４近
傍において１．８μｍ程度の最大振幅を示した。振幅の
位相折り返し点いわゆる振動の節（節円）は、直径を１
００％とすると、８０〜９０％の位置となりほぼ直線的
に変化しており終端は２．５μｍの振幅となった。これ
らのことからステータ６は、円板の２次のモードの変形
次数が４次の、高次振動モードにより励振されているの
がわかる。また前記振動の節円近傍から電気信号印加用
リード線１１，１２，１３をとりだすと振動疲労による
断線が皆無となった。
発明の効果 本発明による超音波モータは、ステータに励振する高次
の撓み振動の節円を境界として、圧電振動子の電極を径
方向に分割するとともに、その内部と外部に周方向に分
割するように形成し、その圧電振動子と弾性体を貼合わ
せてステータを構成し、その圧電体の電極に電圧を印加
して高次の撓み振動を励振しているので、従来の様に節
円部より外側の電極部で逆位相の撓み振動を励振するこ
とがなく、節円の内部および外部に形成された全域の電
極が同様に撓み振動を励振するので、効率良くステータ
に高次の撓み振動を励振することができる。その結果、
発熱の低い、モータ効率が高い超音波モータを提供する
ことができるものである。
の撓み振動の節円を境界として、圧電振動子の電極を径
方向に分割するとともに、その内部と外部に周方向に分
割するように形成し、その圧電振動子と弾性体を貼合わ
せてステータを構成し、その圧電体の電極に電圧を印加
して高次の撓み振動を励振しているので、従来の様に節
円部より外側の電極部で逆位相の撓み振動を励振するこ
とがなく、節円の内部および外部に形成された全域の電
極が同様に撓み振動を励振するので、効率良くステータ
に高次の撓み振動を励振することができる。その結果、
発熱の低い、モータ効率が高い超音波モータを提供する
ことができるものである。
第１図は本発明の一実施例における超音波モータのステ
ータとロータの分解斜視図、第２図は同ステータとロー
タを用いた超音波モータの概要とその駆動回路を示す断
面図、第３図は第１図及び第２図の超音波モータステー
タの駆動時における歪分布を示す図、第４図は従来例の
超音波モータの分解斜視図である。 １，２……圧電振動子、１ａ……電極、３……弾性体、
３ａ……突起、４……ロータ、７……発振器、８，１０
……増幅器、９……移相器。
ータとロータの分解斜視図、第２図は同ステータとロー
タを用いた超音波モータの概要とその駆動回路を示す断
面図、第３図は第１図及び第２図の超音波モータステー
タの駆動時における歪分布を示す図、第４図は従来例の
超音波モータの分解斜視図である。 １，２……圧電振動子、１ａ……電極、３……弾性体、
３ａ……突起、４……ロータ、７……発振器、８，１０
……増幅器、９……移相器。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 大内 宏 大阪府門真市大字門真1006番地 松下電器 産業株式会社内 (56)参考文献 「電気・機械振動子とその応用」、コロ ナ社、昭和49年３月30日Ｐ．31〜32
Claims (1)
- 【請求項１】弾性体と圧電振動子とから成るステータ
と、前記ステータに接触して設置されたロータとを備
え、前記圧電振動子に交流電圧を印加して、前記ステー
タに節円を有する高次の撓み振動を励振して、前記ロー
タを運動させる超音波モータにおいて、周方向に分割す
るとともに、高次の撓み振動の節円を境界として径方向
に分割した電極を有する圧電振動子を有し、弾性体と前
記圧電振動子を結合させることによりステータを構成す
ることを特徴とする超音波モータ。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60120012A JPH0636674B2 (ja) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | 超音波モ−タ |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| JP60120012A JPH0636674B2 (ja) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | 超音波モ−タ |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| JPS61277386A JPS61277386A (ja) | 1986-12-08 |
| JPH0636674B2 true JPH0636674B2 (ja) | 1994-05-11 |
Family
ID=14775713
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| JP60120012A Expired - Lifetime JPH0636674B2 (ja) | 1985-06-03 | 1985-06-03 | 超音波モ−タ |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| JP (1) | JPH0636674B2 (ja) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| JP2512469B2 (ja) * | 1987-04-20 | 1996-07-03 | オリンパス光学工業株式会社 | 超音波振動子駆動装置 |
| JP3566711B2 (ja) | 2002-07-12 | 2004-09-15 | キヤノン株式会社 | 振動波駆動装置 |
-
1985
- 1985-06-03 JP JP60120012A patent/JPH0636674B2/ja not_active Expired - Lifetime
Non-Patent Citations (2)
| Title |
|---|
| 「電気・機械振動子とその応用」、コロナ社、昭和４９年３月３０日Ｐ．３１〜３２ |
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| JPS61277386A (ja) | 1986-12-08 |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| EXPY | Cancellation because of completion of term |